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<meta name="description" content="我们知道HashMap在多线程环境下是不安全的，这里指的不安全是相对的（至少有2个写线程）。若都是读线程或者只有一个写线程，那么HashMap还是可以正常使用的。接下来进入正题：


可能出现的现象
具体分析
总结
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  <title> Java之HashMap在非线程安全时的行为 | 个人博客 </title>
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                Java之HashMap在非线程安全时的行为
              
            
          </h1>
        

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            <span class="post-meta-item-text">发表于</span>
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              2016-08-28
            </time>
          </span>

          
            <span class="post-category" >
              &nbsp; | &nbsp;
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              <span class="post-meta-item-text">分类于</span>
              
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      </header>
    


    <div class="post-body" itemprop="articleBody">

      
      

      
        <hr>
<p>我们知道HashMap在多线程环境下是不安全的，这里指的不安全是相对的（至少有2个写线程）。若都是读线程或者只有一个写线程，那么HashMap还是可以正常使用的。<br>接下来进入正题：</p>
<blockquote>
<ul>
<li>可能出现的现象</li>
<li>具体分析</li>
<li>总结</li>
<li>附录</li>
</ul>
</blockquote>
<p>tips:<br>下面提到的hashIndex指的是一个元素put到hashmap中时，要根据其key.hashcode &amp; (table.size()-1)来决定其在table中的位置。</p>
<p>table是一个数组，类型为Node。Node是hashmap的一个内部类，用来描述hashmap的元素的一些属性。</p>
<hr>
<a id="more"></a>
<h2 id="1-可能出现的现象"><a href="#1-可能出现的现象" class="headerlink" title="1.可能出现的现象"></a>1.可能出现的现象</h2><p>1.数据错乱（出现重复数据）<br>2.数据丢失（数据插入成功却被丢失）<br>3.rehash导致的数据丢失<br>4.rehash导致的死循环</p>
<hr>
<h2 id="2-具体分析"><a href="#2-具体分析" class="headerlink" title="2.具体分析"></a>2.具体分析</h2><h3 id="1-数据错乱"><a href="#1-数据错乱" class="headerlink" title="1.数据错乱"></a>1.数据错乱</h3><figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><div class="line">1</div><div class="line">2</div><div class="line">3</div><div class="line">4</div><div class="line">5</div><div class="line">6</div><div class="line">7</div><div class="line">8</div><div class="line">9</div><div class="line">10</div><div class="line">11</div><div class="line">12</div><div class="line">13</div></pre></td><td class="code"><pre><div class="line"> table</div><div class="line"> ------     </div><div class="line">|  33  | </div><div class="line"> ------     </div><div class="line"> ------      ------      </div><div class="line">|  1   |  -&gt;|  9   |  </div><div class="line"> ------      ------          </div><div class="line"> ------    </div><div class="line">|      | </div><div class="line"> ------    </div><div class="line"> ------    </div><div class="line">|      | </div><div class="line"> ------</div></pre></td></tr></table></figure>
<p>不考虑rehash。<br>当两个线程分别插入同一个元素A时，先检查A的hashIndex (由A.hashcode()&amp;(table.size()-1)得到)。<br> 再到该hashIndex对应的链表中对比key是否存在。<br> 此时两个线程进行写入操作时，都发现key不存在，那么都将准备进行插入操作。<br> 插入操作是将元素插入到该链表头部。假设写入时有短暂的先后顺序，结果可能变成：</p>
<figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><div class="line">1</div><div class="line">2</div><div class="line">3</div><div class="line">4</div><div class="line">5</div><div class="line">6</div><div class="line">7</div><div class="line">8</div><div class="line">9</div><div class="line">10</div><div class="line">11</div><div class="line">12</div><div class="line">13</div></pre></td><td class="code"><pre><div class="line">  table</div><div class="line"> ------     </div><div class="line">|  33  | </div><div class="line"> ------     </div><div class="line"> ------      ------         </div><div class="line">|  1   |  -&gt;|  9   |  </div><div class="line"> ------      ------        </div><div class="line"> ------      ------     </div><div class="line">|  A   |  -&gt;|  A   |  </div><div class="line"> ------      ------         </div><div class="line"> ------    </div><div class="line">|      | </div><div class="line"> ------</div></pre></td></tr></table></figure>
<p>我们知道hashmap是不允许出现两个相同的key的，但是这种情况下是有可能出现的。</p>
<h3 id="2-数据丢失"><a href="#2-数据丢失" class="headerlink" title="2.数据丢失"></a>2.数据丢失</h3><p>还是两个线程，这次写入的是不同的数据A,B. 计算hashIndex的值是相同的，也就是说A,B将会被插到同一个链表中。<br>假设他们几乎同时写入同一个链表.<br>我们应该了解插入元素A的过程，这里简述一下：<br>    （1）计算出A的hashIndex<br>    （2）在对应链表中查找key是否存在<br>    （3）把A.next = table[hashIndex], 把链表头结点与A.next相连<br>    （4）tablep[hashIndex] = A。 插入A为新的链表头结点</p>
<p>假设两个线程几乎同时执行了（3）那么在执行（4）后，可能会有一个元素链会被丢弃。也就是说有一个数据会被丢失。</p>
<figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><div class="line">1</div><div class="line">2</div><div class="line">3</div><div class="line">4</div><div class="line">5</div><div class="line">6</div><div class="line">7</div><div class="line">8</div><div class="line">9</div><div class="line">10</div><div class="line">11</div><div class="line">12</div><div class="line">13</div><div class="line">14</div><div class="line">15</div></pre></td><td class="code"><pre><div class="line"> table</div><div class="line"> ------     </div><div class="line">|  33  | </div><div class="line"> ------     </div><div class="line"> ------      ------         </div><div class="line">|  1   |  -&gt;|  9   |  </div><div class="line"> ------      ------        </div><div class="line"> ------          ------          ------</div><div class="line">|      |  -----&gt;|  B   |  ----&gt; |   A  |</div><div class="line"> ------   \      ------          ------</div><div class="line">		   \（丢失）  </div><div class="line">            \	 ------          ------</div><div class="line"> ------      --&gt;|   C  |  ----&gt; |   A  |</div><div class="line">|  33  |         ------          ------</div><div class="line"> ------</div></pre></td></tr></table></figure>
<p>图比较丑，见谅。</p>
<p>由上图所示：<br>B,C都希望成为链表新的头结点，且均与原头结点A完成了链接。<br>但实际上B,C只有一个能成为头结点，所以其中一个所在的数据链会丢失。 这也就是数据就是的原因。</p>
<h3 id="3-rehash引起的数据丢失"><a href="#3-rehash引起的数据丢失" class="headerlink" title="3.rehash引起的数据丢失"></a>3.rehash引起的数据丢失</h3><p>既然多次提到rehash，那这里也说明一下rehash的过程，以下是部分代码：<br><figure class="highlight java"><table><tr><td class="gutter"><pre><div class="line">1</div><div class="line">2</div><div class="line">3</div><div class="line">4</div><div class="line">5</div><div class="line">6</div><div class="line">7</div><div class="line">8</div><div class="line">9</div><div class="line">10</div><div class="line">11</div><div class="line">12</div><div class="line">13</div><div class="line">14</div><div class="line">15</div><div class="line">16</div><div class="line">17</div><div class="line">18</div><div class="line">19</div><div class="line">20</div><div class="line">21</div><div class="line">22</div><div class="line">23</div><div class="line">24</div><div class="line">25</div><div class="line">26</div><div class="line">27</div><div class="line">28</div></pre></td><td class="code"><pre><div class="line">Node&lt;K,V&gt; loHead = <span class="keyword">null</span>, loTail = <span class="keyword">null</span>;		</div><div class="line">Node&lt;K,V&gt; hiHead = <span class="keyword">null</span>, hiTail = <span class="keyword">null</span>;</div><div class="line">Node&lt;K,V&gt; next;</div><div class="line"><span class="keyword">do</span> &#123;</div><div class="line">    next = e.next;</div><div class="line">    <span class="keyword">if</span> ((e.hash &amp; oldCap) == <span class="number">0</span>) &#123;</div><div class="line">        <span class="keyword">if</span> (loTail == <span class="keyword">null</span>)</div><div class="line">            loHead = e;</div><div class="line">        <span class="keyword">else</span></div><div class="line">            loTail.next = e;</div><div class="line">        loTail = e;</div><div class="line">    &#125;</div><div class="line">    <span class="keyword">else</span> &#123;</div><div class="line">        <span class="keyword">if</span> (hiTail == <span class="keyword">null</span>)</div><div class="line">            hiHead = e;</div><div class="line">        <span class="keyword">else</span></div><div class="line">            hiTail.next = e;</div><div class="line">        hiTail = e;</div><div class="line">    &#125;</div><div class="line">&#125; <span class="keyword">while</span> ((e = next) != <span class="keyword">null</span>);</div><div class="line"><span class="keyword">if</span> (loTail != <span class="keyword">null</span>) &#123;</div><div class="line">    loTail.next = <span class="keyword">null</span>;</div><div class="line">    newTab[j] = loHead;</div><div class="line">&#125;</div><div class="line"><span class="keyword">if</span> (hiTail != <span class="keyword">null</span>) &#123;</div><div class="line">    hiTail.next = <span class="keyword">null</span>;</div><div class="line">    newTab[j + oldCap] = hiHead;</div><div class="line">&#125;</div></pre></td></tr></table></figure></p>
<p>说明一下 e是table数组中的元素，也就是各个链表的头结点。<br>oldCap指的是旧table的长度。<br>newTab指的是新的table。<br>在rehash时的hashIndex计算方式与put时略有不同。<br>put: A.hashcode &amp; (table.size() -1)<br>rehash: e.hash &amp; oldCap</p>
<p>形象的举个例子：<br>table 假设长度为4</p>
<table>
<thead>
<tr>
<th>index索引</th>
<th style="text-align:center">0</th>
<th style="text-align:center">1</th>
<th style="text-align:center">2</th>
<th style="text-align:center">3</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>头结点hash</td>
<td style="text-align:center"></td>
<td style="text-align:center">1</td>
</tr>
<tr>
<td>下一个结点</td>
<td style="text-align:center"></td>
<td style="text-align:center">5</td>
</tr>
<tr>
<td>下一个结点</td>
<td style="text-align:center"></td>
<td style="text-align:center">9</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p>ok，由于元素个数/散列槽个数 = 3/4  到达默认的rehash临界点，下面开始rehash。<br>先取index索引为0的链表，发现为空，所以不操作。<br>取index索引为1的链表，发现头结点不为空，e = 1, next = 5。<br>根据e.hash &amp; oldCap = 1 &amp; 4 = 0。loHead = e; loTail = e;                loHead = loTail = e。<br>next != null 。<br>根据e.hash &amp; oldCap = 5 &amp; 4 != 0。hiHead = e; hiTail = e;            hiHead = hiTail = e。<br>next != null 。<br>根据e.hash &amp; oldCap = 9 &amp; 4 = 0。loHead = e; loTail = e;                loHead = 1 -&gt; 9 = loTail。</p>
<p>至此index索引为1的链表rehash完毕，放入新的数组。<br>这里解释下loHead,loTail 与 hiHead,hiTail 的意义。<br>根据之前e.hash &amp; oldCap的结果，可以看出，如果当e.hash &amp; oldCap ！= 0 ，只可能 oldCap &lt; e.hash <newcap，rehash时，table数组长度变为原来的2倍，这点我相信我们都是知道的。 那么e.hash="" &="" oldcap="" ！="0这种情况下，e.hash" (newcap="" -="" 1)="e.hash" ,比如5="" （8-1）="5。" 但是一旦e.hash=""> newCap，e.hash &amp; oldCap = 0。这个同样可以验证出来。</newcap，rehash时，table数组长度变为原来的2倍，这点我相信我们都是知道的。></p>
<p>知道了这个结论，那么loHead,loTail的作用就是存放rehash后，hashIndex仍为原值的元素。<br>而hiHead,hiTail存放hashIndex变化的元素，一般来说，这里只会有一个元素。<br>那么接下来的操作就比较明朗了，分别把两个链表接到新的table中。<br>至于hihead,hiTail插入到哪个tableIndex下，newTab[j + oldCap] = hiHead 该操作已经说明了，j指的是该元素在原table中所处的tableIndex。</p>
<p>说到这里rehash的过程大致就说完了，那为什么多线程写也可能在rehash操作时产生异常呢。<br>rehash发生在插入一个数据后（注意：此时已经插入完毕）.发现负载因子达到阈值。那么会触发rehash操作。<br>现有线程A,B 同时对一个hashmap进行写入，A写入后，发现元素过多，进行rehash。<br>假设原table长度是4.<br>A在遍历到tableIndex = 1时（说明tableIndex = 0 下的链表已经rehash完毕）。线程B在tableIndex = 0 处插入一个元素，但是线程A对于tableIndex = 0 已经处理完毕，不再理会。<br>所以A不知道B插入了新数据，或者说丢弃了B插入的数据。继续遍历。</p>
<blockquote>
<p>接下来有两种情况：<br>    1.在B线程插入操作完成时，A线程的rehash操作已经完成了，新的table替换了旧的table，B线程完成插入后检查是否需要进行rehash时拿到的是新的table，所以不用进行rehash。<br>    但是B线程此刻却还不知道自己插入的数据可能已经被丢失。<br>    2.在B线程插入操作完成时，A线程还没有完成rehash操作。结果B插入完数据后发现也需要进行rehash，那么B对旧的table再进行一次rehash。然后A完成rehash，继而有可能继续对hashmap进行插入操作，但B不知道A已经做了一次rehash,所以在B完成rehash后直接覆盖掉了A线程rehash产生的新的table，这样的话，会导致严重的数据丢失。</p>
</blockquote>
<p>###4.rehash时导致的死循环<br>这种情况出现的几率并不大，而且说明起来也比较复杂，这里就简单讲一下。</p>
<p>首先在之前的rehash导致的数据丢失中已经说明了，在对一个节点进行rehash时，会保存其当前节点e 以及e.next。<br>第二，在map中插入一个元素我们知道是插入在链表头部，也就是说，原本链表中的元素 1 -&gt; 9 在rehash后，如果还是在同一链表中，先后顺序会颠倒，变成 9 -&gt;1。</p>
<p>同样是两个线程A,B。也同样是进行rehash操作。<br><figure class="highlight plain"><table><tr><td class="gutter"><pre><div class="line">1</div><div class="line">2</div><div class="line">3</div><div class="line">4</div><div class="line">5</div><div class="line">6</div><div class="line">7</div><div class="line">8</div><div class="line">9</div><div class="line">10</div><div class="line">11</div><div class="line">12</div><div class="line">13</div></pre></td><td class="code"><pre><div class="line">table</div><div class="line"> ------     </div><div class="line">|  33  | </div><div class="line"> ------     </div><div class="line"> ------      ------         </div><div class="line">|  1   |  -&gt;|  9   |  </div><div class="line"> ------      ------           </div><div class="line"> ------    </div><div class="line">|      | </div><div class="line"> ------   </div><div class="line"> ------    </div><div class="line">|      | </div><div class="line"> ------</div></pre></td></tr></table></figure></p>
<p>那上图中的1 ， 9 为例 。取到1后， e = 1。 next = e.next = 9<br> A，B线程同时完成了读取结点1,以及保存其next 9。<br> 此时B线程有序CPU调度问题，挂起了一段时间，在此期间A线程完成了将1， 9 rehash的过程。<br> 在A创建的新table中， 已经形成了 9 -&gt;1这样的链表结构。</p>
<p> 此时B恢复运行，由于它已经加载了1跟它的next结点9，观察上面给出的rehash的源代码，在将结点1放入lohead或hiHead后，判断next是否为空（当然此时next是9，当然非空）。<br> 同上 e = 9 ; next = e.next = 1。 这里要注意，因为A线程已经改变了结点1跟9的指向，所以B线程在获取9的next的时候能获取到，而且是结点1。<br> 接下去B线程也将9插入到loHead或者hiHead中，并使1重新指向9。<br> 至此  1 -&gt;9 且 9 -&gt;1<br> 由于循环条件是 while ((e = next) != null);<br> 产生了死循环。</p>
<hr>
<h2 id="3-总结"><a href="#3-总结" class="headerlink" title="3.总结"></a>3.总结</h2><blockquote>
<p>1.对HashMap究竟为何线程不安全有所了解。<br>2.从源码角度理解了rehash的部分实现。</p>
</blockquote>
<hr>
<h2 id="4-附录"><a href="#4-附录" class="headerlink" title="4.附录"></a>4.附录</h2>
      
    </div>

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           data-title="Java之HashMap在非线程安全时的行为" data-url="http://yoursite.com/2016/08/28/java-hashmap/">
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  <span class="author" itemprop="copyrightHolder">钱伟峰</span>
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